气水反冲洗的V型滤池
一、摘要
厦门水务集团有限公司在高殿水厂扩建二期工程引进了在技术、经济上均处于国际领先地位的法国DEREMONT水务处理公司独有专利的AQUAZUR V型滤池。V型滤池在工艺技术上主要纳入了均粒滤料、气水冲洗、恒位恒载运行等技术措施，并运用简易可靠的监控技术手段，使之成为适用于大、中型净水厂优化运行的一种新型滤池。高殿水厂经97年投产运行至今，即使滤前水浊度达到 5 NTU的情况下，滤后水浊度均低于0.05 NTU，浊度去除率可达 98%以上。运行结果表明：与其它类型滤池相比，V型滤池具有无可比拟的优越性。
二 基本工艺流程
V型滤池运行过程分为过滤周期及反冲洗周期两部分，互相交替进行。过滤周期进行时，沉清水由V型滤池两侧的总配水渠通过可调进水堰进入各个单池，经各滤池恒速过滤后，出水汇集于中央管廊下的总干渠，再经出水堰后进入清水池。由于V型滤池采用恒载恒位运行，达到各单元池负荷一致，整个周期恒速运行，从而避免了起始滤速过高，过滤水质下降，运行周期缩短，自耗水率增大等负面影响。故恒位恒载是优化运行必不可少的重要技术措施。当过滤周期达到某设定时限，或当滤层阻塞度达到设定的水头损失时，滤池将自动进行反冲洗。为避免在冲洗时产生水力分级，影响深层截污，免致出现垢污经分离后重复粘附于滤料之上的现象，故采用气、水三段冲洗。先气冲使滤料表面附着的杂质被破碎，得到较彻底的剥落，气、水反冲洗时，由于气泡的激烈遄动作用，大大加强了污物剥落能力及截污能力。反冲洗时，原水通过与反冲洗排水槽相对的两个V型槽底部的小孔进入滤池，它扫洗滤层的表面，并把滤层反冲上来的污物、杂质推向排水槽。此外滤池的表面扫洗，还加快了反冲水的漂洗速度，最后用低强度清水反冲漂洗，将残存杂质彻底清除（反冲水回收到源水吸水井，进行回收利用），从而获得明显优越于其它反冲洗模式的最理想冲洗效果。
三 运行控制
（一） 运行控制网及PLC配置
V型滤池的运行控制网及PLC配置如图1所示。每一单元池均配置一台PLC（TSX47—40），用作单元池恒位恒载运行控制和滤池水头损失的测示，及确定冲洗信号的传送；每一单元池同时配备一台现场XBT—B（人工智能接口），它通过XBT CABLE（电缆）与PLC联系，它可以对单元池进行现场控制。公共冲洗PLC（TSX37300）负责冲洗水泵、鼓风机等设备的监控，各单元滤池PLC通过TELWAY网络与公共冲洗PLC相连，公共冲洗PLC通过ETHWAY进入水厂中央控制室ETHWAY集线器与中央控制室PLC和微机联网，故系统亦能在中央控制室内对滤池运行实施远端监控，实现了中央控制室计算机集中监控、PLC远程控制、现场XBT操作的三级控制，从而确保了滤池生产运行的安全可靠性。
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(二)滤速的控制
单元滤池是根据滤池水位变化自动调节出水阀开启度来实现等速过滤的。由于滤池的闸阀和溢流堰确保了进水的均匀性，使一组滤池的各滤格可以得到相同的待滤水流量。依据水池中水位的变化调节出水阀的开启度来实现等速的恒水位过滤。系统根据所接受到的水位信号，调节阀门的开启度，当水位信号高于设定的恒水位时，开大出水阀；当水位信号低于设下的恒水位时，关小出水阀；当水位信号等于恒水位时，保持出水阀开启度。滤格水位的控制是一个典型的PID闭环控制系统，控制过程是：具有参数可调的PID方程根据设定值和过程变量输入之间的误差，经运算后把输出信号传送给输出附加处理程序，再输出给控制阀，对整个过程进行控制。即实际水位比设定水位的值大得越多，输出的开度就越大。开度增大的数值是由一定累积时间内水位上升的速度及实际水位和设定水位的差共同决定的。反映为进水流速越快，清水出水阀开度越大，反之亦然。PID方程计算的目标是把受控的过程变量保持在设定值，附加值可作为补偿添加到输出控制中。输出附加处理程序是把PID方程的运算结果按一定的规律输出给清水阀。滤速的控制系统如图（ 2 ）所示。
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（三） 滤池反冲洗
1． 控制系统
当过滤周期达到某设定时限、或当滤层阻塞度达到设定的水头损失或系统接收到手动强制冲洗信号时，单元滤池PLC向公共冲洗PLC发出反冲洗请求，若有其它单元池也发出请求时，该信号被存入公共冲洗PLC的存储器中，然后按存储先后顺序进行冲洗。滤池反冲洗由PLC系统自动控制，也可由现场XBT控制。整个控制系统示意如图（3）所示：
2． 冲洗控制程序
（1）、关闭单元滤池进水气动闸板，保持进水阀二侧进水孔仍继续向V型槽进水，经小孔分布到滤池，起表面扫洗作用。
（2）、开启滤池排水气动碟阀，使砂面水位下降至排水槽顶，此时砂面上仍保持水深0.5米，排水历时2分钟。
（3）、启动一台鼓风机，开启单元池气动蝶阀，进行气冲，历时1分钟。
（4）、开启反冲水气动蝶阀，同时启动一台反冲洗水泵和第二台鼓风机，进行气、水混合冲洗，历时6分钟。
（5）、关闭鼓风机和气冲蝶阀，再启动第二台反冲洗水泵，进行反冲水水漂洗，历时6分钟。
（6）、完成单元池冲洗，关闭反冲水气动蝶阀和冲洗水泵。开启滤池排气隔膜阀，排除配气总渠中残存气体，约10秒后，待气排尽后关闭。关闭排水气动闸板，开启进水气动闸板，随着池中水位达到过滤水位后，自动开启清水出水阀。
3． 冲洗泵房
罗茨鼓风机3台，2用1备。2台鼓风机的风量供1格滤池反冲洗使用，鼓风机性能为Q=3080m3/h，P=1.35bar，配用电机：N=45kW，n=1500r.p.mIp44。
卧式离心水泵3台，2用1备。2台水泵出水量供1格滤池反冲洗使用，离心水泵性能为Q=847m3/h，H=10m，配用电机：N=37kW，n=1500r.p.mIp44，总出水管为DN=500mm，并装有一台超声波流量计。
微型空压机2台，1用1备，Q=45m3/h，P=8bar，N=5.5kW，用于操作滤池气动闸板和蝶阀等气源设备。
四．经验总结
由于高殿水厂在沉淀处理前增加了静态混合器，提高了混凝效果，滤前水质相当好，从而延长了滤池的运行周期，最长周期可达一个星期。然而太长的运行周期可能引致滤床内部有机物集聚和菌群增长，使滤后水变臭、变味，及滤池内部产生难以清除的粘滞物，另一方面，运行周期短则造成滤水时间减少，反冲洗水量增加，降低了生产能力。因此，高殿水厂根据运行需要，设定一个运行周期为24小时，水头损失极限设定为1.0m。
经过七年使用时间，即使在夏季高峰供水及台风引起源水高浑浊度时，只要保证滤前水浑浊度在10NTU以下，滤后水浊度均低于1NTU，浊度去除率可达98%以上。此外，滤池运行至今，由于采用气、水同时反冲及表面漂洗效果良好，砂层内不积存泥球，亦无需定时把砂移出外面进行彻底清洗，由于所选用砂粒耐磨度高，破碎度小，反冲洗时砂床不膨胀，并无显著砂粒被水冲走的现象，从而节省了维持费及带来操作上的方便。
与其它类型滤池相比，V型滤池至少具有以下三个无可比拟的优越性：
——滤速可达7—10m/h，即使在高滤速运行时，在整个过滤周期中都能获得优质水。
——运行周期最长，而运行费用低反冲水循环次数较少。
——反冲洗采用三种流体：压缩空气、滤后水和源水，因此可用最小的水头损失和电耗获得最高的效率。
综上所述，我们认为V型滤池在水厂中的广泛应用是实现供水行业提高供水水质，提高供水安全可靠性，降低药耗、降低能耗、降低漏耗的较好途径。
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